[發(fā)明專利]一種由自組裝異質結材料作為存儲介質層構建的憶阻器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113488588B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設計）人: 王燕;呂子玉;程厚義;張悅;趙巍勝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學合肥創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學合肥研究生院）
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 周靜

本發(fā)明公開了一種由自組裝異質結材料作為存儲介質層構建的憶阻器及其制備方法，該憶阻器的存儲介質層由自組裝異質結材料制備而成；自組裝異質結材料包括鈣鈦礦量子點和二維納米材料，其制備方法為：分別配置二維納米材料分散液和零維量子點材料分散液，將二維納米材料分散液和零維量子點材料分散液混合后進行超聲處理，通過超聲誘導零維量子點材料在二維納米材料上自組裝，最后通過旋涂制得。本發(fā)明利用自組裝異質結材料中非共價鍵的弱相互作用，對導電細絲的形成或斷裂行為進行物理約束，從而實現電壓控制的憶阻器，同時異質結結構材料中較長的電流衰減時間，進一步降低了器件的工作能耗，提高了憶阻器的功能性和實用性。

技術領域

本發(fā)明屬于電子材料技術領域，具體涉及一種由自組裝異質結材料作為存儲介質層構建的憶阻器及其制備方法。

背景技術

憶阻器因其簡單緊湊的雙端結構，出色的存儲性能(亞納秒開關時間和皮焦耳多比特可編程性)以及簡單的操作方式而受到越來越受到關注。通過“設置”(SET)和“復位”(RESET)操作，使得憶阻器在低阻態(tài)(low resistance state，LRS)和高阻態(tài)(highresistance state，HRS)之間進行電阻態(tài)的切換。根據SET操作后的憶阻器在零偏壓下的電阻態(tài)，將憶阻器劃分為非易失型和易失型，見圖1和圖2。其中，零偏壓下保持LRS狀態(tài)的器件為非易失型憶阻器，而零偏壓下返回HRS狀態(tài)的器件為易失型憶阻器。

易失型憶阻器的周期性電導態(tài)刷新和快速寫入速度，為數字計算的新領域(包括邏輯門、傳感計算與神經形態(tài)計算)創(chuàng)造了提高能源效率的機會，其電流易失行為是焦耳熱影響傳導電子、相變或原子重排和半永久空間電荷分布過程，這些過程本質上是由疊加的熱效應對器件電阻態(tài)保持狀態(tài)的影響。憶阻器的存儲機理是通過外界激勵使得中間存儲介質層展現出不同的電阻狀態(tài)來實現信息的存儲。其典型的電阻變化機制是基于局部缺陷濃度變化而形成或斷裂具有相對高導電性的一個或多個導電細絲(conductive filaments，CF)。通過施加在憶阻器器件上各種刺激(包括電壓、光照、溫度等)，在器件的電學測試中形成瞬態(tài)焦耳熱影響器件中CF的幾何形狀。近年來，從要求高精度的近傳感器計算(near-sensor computing)與傳感器內計算(in-sensor computing)存儲器，到不精確和隨機性導致的隨機計算和安全，易失型憶阻器既可用于降低安全計算的復雜性，也可通過在內存數組中執(zhí)行神經形態(tài)計算來減少訪問數據量。

為了實現憶阻器的電流易失行為，不同的研究方案被用來設計憶阻器中導電細絲的斷裂行為，包括光輻照(Adv.Funct.Mater.2020，30，2070105)，相變效應(Nat.Nanotechnol.2016,11,693)以及肖特基勢壘調控(Adv.Electron.Mater.2020,6,1900595)等。這些研究方案雖然實現了對憶阻器的電流易失行為的有效調控，然而調控能耗較高，影響易失型憶阻器的通用性和實用性。如何從器件存儲介質層材料性質入手，實現對其中導電細絲(conductive filaments，CF)的形成或斷裂行為的調控，是綜合降低調控手段復雜性和減少調控能耗的有效途徑。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種由自組裝異質結材料作為存儲介質層構建的憶阻器及其制備方法，從而從材料上解決對憶阻器的電流易失行為的調控問題。利用自組裝異質結材料中非共價鍵的弱相互作用，對導電細絲的形成或斷裂行為進行物理約束，從而設計實現電壓控制的易失型憶阻器。同時異質結結構材料中較長的電流衰減時間，進一步降低了器件的工作能耗，提高了易失型憶阻器的功能性和實用性。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：